Serbest radikal, orbitalinde paylaşılmamış bir elektron taşıyan herhangi bir bileşiktir. Bu radikaller bir veya daha fazla sayıda eşleşmemiş elektron içeren oldukça reaktif ve toksik bileşiklerdir. Serbest radikaller diğer moleküllerle birleşerek dış yörüngelerindeki elektron sayısını eşleştirmeye böylece kararlı bileşiklere dönüşmeye çalışmaktadırlar (Kılınç, 1985; Akkuş, 1995).
Serbest radikaller ve reaktif karakterli maddeler ile bu maddeleri üreten tüm faktörler “oksidan” veya “prooksidan” olarak tanımlanır. Reaktif karakterli bu tür metabolitlerin oluşumuna yol açan faktörlerin tamamı “prooksidan veya oksidan madde” olarak tanımlanmıştır (Mecoci ve ark., 1997).
Serbest radikaller, hücrelerde endojen ve ekzojen kaynaklı etmenlere bağlı olarak oluşurlar. Ekzojen kaynaklı etmenler arasında parakuat gibi kimyasalların etkisi altında kalma, karbon tetraklorür, parasetamol gibi ilaç toksikasyonları, iyonize ve ultraviyole radyasyon, hava kirliliği yapan fitokimyasal maddeler, sigara dumanı, solventler gibi çevresel faktörler, nitrofurantoin, bleomisin, doksorubisin ve adriamisin gibi antineoplastik ajanlar, alkol ve uyuşturucular gibi alışkanlık yapıcı maddeler bulunması nedeniyle serbest radikaller toksikolojik açıdan da önemlidir (Özdem ve Sadan, 1994).
Vücutta doğal metabolik yollarla oluşan serbest radikaller, radikal parçalayan antioksidan sistemlerle ortadan kaldırıldığından, herhangi bir sitotoksisite ortaya çıkmaz. Ancak bu işleyişin radikaller lehine bozulduğu durumlarda bir dizi patolojik olay ortaya çıkar. Organizmada serbest radikal oluşturan doğal olayların başlıcaları, mitokondrial elektron transportu, heksoz monofosfat yolu, ksenobiyotiklerin metabolizması, doğal uyaranla fagositik hücrelerin aktivasyonu, biyosentetik ve biyokimyasal yıkım olaylarıdır. Serbest radikallerin hücre dışı etkileri hücreler arası boşluk ve sıvılarda ortaya çıkar. Özellikle eklem ve beyin omurilik sıvılarında antioksidan savunmanın yetersiz olması nedeniyle, bu bölgelerde serbest radikallere bağlı yıkımın daha fazla olduğu gözlenmektedir. Hücreler kendilerini serbest radikallerin oluşturacağı hasarlardan korumak için enzimler, antioksidanlar ve serbest radikal yok edicileri gibi detoksifikasyon sistemlerine bağlıdırlar (Haskell ve ark., 1970). Organizmada sürekli serbest radikal
11
üretimi devam ettiğinden bu serbest radikallerin olumsuz etkilerine karşı da birçok savunma sistemi işlemektedir (Ozturk ve ark., 2001).
Oksidatif stres ifadesi, reaktif oksijen türleri ile antioksidan savunma sistemi arasında bulunan dengesizliği ifade eden bir terimdir. Bu dengesizlik reaktif oksijen türleri lehine, başka bir deyişle antioksidan savunma sistemi aleyhinedir. Şiddetli oksidatif stres, hücre hasarlarına ve ölümlere bile sebep olabilmektedir (Gülçin, 2002).
Serbest radikaller ile ilgili çalışmalar Gomberg’in 1900 yılında trifenilmetil radikalinin (Ph3C•) varlığını ispatlamasıyla başladı. Gomberg’e göre serbest radikal bir
orbitalinde bir veya birden fazla ortaklanmamış elektron içeren kimyasal türlerdir. Radikallerin reaktiviteleri farklılık göstermesine rağmen, genellikle nonradikallerden daha az stabildirler. En basit radikal, bir proton ve bir elektron içeren hidrojen atomudur.
Hemen her radikal türü diğer bir radikali veya molekülü değişik etkileşmeler sonucu etkileyebilir. Bu tür reaksiyonların seçiciliği ve oranı, radikallerin konsantrasyonuna, radikalde bulunan ortaklanmamış elektronun yerleşimine ve radikallerin etkileştiği moleküllerin zayıf bağlar içermesine bağlıdır. Birçok biyolojik molekül, sadece ortaklanmış elektron içeren nonradikallerdir. Bunun yanı sıra serbest radikallerin kimyasal yapısı üzerinde yoğun araştırmalar ve tartışmalar da bulunmaktadır (Moad ve Solomon, 1995).
Tıpta, biyolojide, toksikolojide ve gıdaların bozulmasında serbest radikaller gittikçe artan yoğun bir ilgi alanına sahip olmaktadır. Lipid peroksidasyonunun serbest radikalik reaksiyonları, gıda endüstrisinde imalat süreçleri boyunca karşılaşılan en önemli sorunlardan biridir. Đmalatçılar antioksidanları kullanarak, lipid içeren gıdaların oksidasyonunu en aza indirmeyi hedeflerler. Bunun yanı sıra biyomedikalciler ve klinisyenler de vücudu, reaktif oksijen türleri tarafından oluşan hasara karşı korudukları için antioksidanlara ilgi duymaktadırlar (Aruoma, 1993; Aruoma 1996; Pezzuto, 1997).
Serbest radikaller hidroksil, süperoksit, nitrik oksit ve lipid peroksit radikalleri gibi değişik kimyasal yapılara sahiptir. Biyolojik sistemlerdeki en önemli serbest radikaller, oksijenden oluşan radikallerdir. Oksijen, süperoksit grubuna bazı demir-kükürt içeren yükseltgenme-indirgenme enzimleri ve flavoproteinlerin etkisiyle indirgenir. Son derece etkin olan ve hücre hasarına yol açan süperoksit grubu, bakırlı bir enzim olan süperoksit dismutaz (SOD) aracılığında hidrojen peroksit (H2O2) ve oksijene çevrilir. Süperoksit
grubundan daha zayıf etkili olan H2O2, dokularda bulunan katalaz, peroksidaz ve glutatyon
12
dönüştürülerek etkisiz kılınır. Dietilditiyokarbamat gibi süperoksit dismutazın etkinliğini engelleyen maddeler, süperoksit gruplarının zararsız hale getirilmesini sınırlandırırken, lipid peroksidasyonu hızlandırırlar. Ayrıca katalazın etkinliğini engelleyen maddeler (aminotriazol gibi herbisidler) de etkin oksijen gruplarına veya bu grupları oluşturan maddelere duyarlılığı artırır (Mercan, 2004).
Oksijenli solunum yapan canlılarda, serbest oksijen radikallerinin oluşması kaçınılmazdır. Bu oksijen kaynaklı radikaller; süperoksit radikali, hidrojen peroksit, serbest hidroksil radikalleridir. Bu radikaller özellikle hücrenin farklı kısımlarında bulunan protein, karbonhidrat, lipid ve DNA gibi molekülleri etkileyerek önemli değişikliklere neden olurlar. Bilhassa hücre zarında bulunan doymamış yağ asitleri bunlar için çok iyi bir hedeftir. Reaktif madde miktarındaki artışların hücresel homeostazisi olumsuz etkilemesini vücut sıvılarında ve hücre membranlarında bulunan ve “antioksidan” olarak isimlendirilen bazı faktörler önleyebilir (Keser, 2006).
Süperoksit gruplarının hızlı bir şekilde oluşturduğu singlet oksijen, hücre zarlarının fosfolipid, glikolipid, gliserid ve sterol yapısındaki doymamış yağ asitleriyle reaksiyona girerek peroksitler, alkoller, aldehitler, hidroksi yağ asitleri, etan ve pentan gibi çeşitli lipid peroksidasyon ürünlerini oluşturur. Lipid peroksitler, indirgenmiş glutatyona (GSH) bağımlı selenyumlu bir enzim olan GSH-Px tarafından lipid alkollere çevrilerek inaktive edilirse de, gerek süperoksit gruplarıyla fazla miktarda lipid peroksitlerin şekillendirilmesi ve gerek selenyum eksikliği ve gerekse ortamdaki GSH’un tükenmesine neden olabilen dietilmaleat, dioksin gibi maddelerin bulunması, lipid hidroperoksitlerinden serbest lipid grupların oluşmasına yol açar. Serbest lipid grupları da, ayrıca doymamış yağ asitlerinin peroksidasyonuna neden olur. Lipid hidroperoksitlerin yıkımı ile oluşan ve biyolojik olarak aktif olan aldehitler ya hücre düzeyinde metabolize olurlar ya da başlangıçtaki etki alanlarında diffüze olup hücrenin diğer bölümlerine hasarı yayarak sekonder bozuklukların da göstergesi olabilirler. Beyin, oksidatif hasara en duyarlı bölgedir. Serbest radikaller, santral sinir sisteminin patolojik durumlarının pek çoğunda, direkt olarak doku hasarı meydana getirirler. Serbest oksijen türleri, ekzitotoksisite, metabolik disfonksiyon ve kalsiyumun intraselüler hemostazisinde bozulma gibi çoğul mekanizmalarla doku hasarı meydana getirirler (Güven ve ark., 2003).
Oksidatif stres kalıtsal bozukluklar, hasarlar, ağır fiziksel aktiviteler, çevredeki fiziksel ve kimyasal (ozon, sigara dumanı ve güneş ışığı) etkilere maruz kalma ile dengesiz beslenme gibi çeşitli şartların artmasıyla meydana gelir. Strese yol açan bu faktörler ise
13
serbest oksijen radikallerini büyük ölçüde arttırmaktadır (Aslan ve ark., 1997). Son zamanlarda biyokimyasal ara ürünler ve stres sonucu oluşan serbest radikallerin birçok hastalıkla ilişkili olduğunun tespit edilmesi özellikle antioksidanlara karşı olan ilgiyi arttırmıştır (Diplock, 1991).
Sonuç olarak organizma doğuştan kazandığı çok hassas bir donanım sayesinde, fizyolojik aktivitenin doğal sonucu olarak serbest radikal nitelikli biyokimyasal ürünleri “oksidan-antioksidan denge” olarak tanımlanabilecek bir çizgide tutmayı başarır. Tehlikeli olan durum, radikallerin varlığından daha çok oksidanlar ve antioksidanlar arasındaki bu dengenin herhangi biri lehine bozulmasıdır (Aslan ve ark., 1997; Aalt ve ark., 1991)
Oksidatif strese neden olan reaktif oksijen ve azot türleri Tablo 1.2’de gösterilmiştir:
Tablo 1.2. Reaktif oksijen ve azot türleri